(57)【要約】【課題】地質状況を考慮した合理的かつ効果的なグラウチング工を実現する。【解決手段】この方法では、複数の注入孔を掘削する前に岩盤に分布される割れ目から卓越した割れ目系を確認し、当該割れ目系に対して３次元的に任意の方向に掘削した単位長さ当たりの孔に交差する割れ目の数を算出し、その結果から最も交差しやすい削孔方向を算定し、複数の注入孔を所定の間隔で掘削した最初の時点、以後、各注入孔の間隔を変えて掘削した時点毎に、グラウトの注入前に各注入孔の透水試験を行い、その結果を用いて地球統計学的解析を行い、各注入孔間の透水性状を推定し、岩盤の改良状況を確認する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
岩盤に当該岩盤内に存在する割れ目に向けて複数の注入孔を順次所定の間隔で掘削し、前記各注入孔を通じて割れ目にグラウトを圧入し充填する施工を前記各注入孔の間隔を徐々に狭めながら繰り返し行い、岩盤の遮水性及び力学的特性を改良するグラウチング工において、
前記複数の注入孔を掘削する前に、岩盤に分布される割れ目から、割れ目の走向、傾斜をもとに、卓越した割れ目系を確認し、当該割れ目系に対して、３次元的に任意の方向に掘削した単位長さ当たりの孔に交差する割れ目の数を求めて割れ目との交差頻度を算出し、その結果から、最も交差しやすい削孔方向を算定し、
前記複数の注入孔を所定の間隔で掘削した最初の時点で、以後、前記複数の注入孔を前記各注入孔の間隔を変えて掘削した時点毎に、割れ目にグラウトを注入する前に、前記各注入孔について透水試験を行い、その結果を用いて地球統計学的解析を行うことにより、各時点での前記各注入孔間の透水性状を推定し、岩盤の改良状況を確認する、
ことを特徴とする、グラウチング工品質管理支援方法。
【請求項２】
任意の方向に掘削した孔と割れ目との交差頻度をシュミットネットに表示して整理した節理密度ダイアグラムを作成し、前記節理密度ダイアグラムから最も交差しやすい削孔方向を算定する請求項１に記載のグラウチング工品質管理支援方法。
【請求項３】
岩盤の地質状況を表す地質図と岩盤中の各時点での注入孔間の透水性状を表すコンター図とを合わせて表示した各時点の透水性状マップを作成し、これら透水性状マップを用いて、岩盤の改良状況を確認する請求項１又は２に記載のグラウチング工品質管理支援方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダムの基礎岩盤、トンネル周辺の岩盤などの岩盤構造物の遮水性及び力学的特性を改良するために行うグラウチング工に有効なグラウチング工品質管理支援方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ダム建設では、堤体の安定化と貯水池からの漏水の防止などを図るため、グラウチング工により、ダムの基礎地盤中の割れ目にセメントミルクを注入して、地盤の改良が行われている（例えば、特許文献１参照。）。
このグラウチング工は、岩盤内に存在する割れ目に向けて注入孔を削孔し、この注入孔を通じて割れ目にセメントミルクやモルタルなどのグラウトを圧入し充填することにより、岩盤の遮水性や力学的特性を改良する工法である。ダム建設の場合、基礎岩盤の浸透水を抑制し貯水池からの漏水及び揚圧力を軽減することを目的として、ダムの基礎岩盤に鉛直方向に岩盤の深部まで注入孔を掘削し、セメントミルクを注入して、カーテン状の遮水膜を形成するカーテングラウチングや、ダムの基礎岩盤について地表から比較的浅い範囲を対象に岩盤変形性の改善、岩盤強度の増加などを目的として、基礎岩盤から鉛直方向に注入孔を掘削し、セメントミルクを注入するコンソリデーショングラウチングなど、工事の目的に応じて、各種のグラウチング工が実施されている（例えば、特許文献２参照。）。
この種のグラウチング工では、グラウトの注入孔の掘削は、施工性を重視して、改良対象の地山の条件によらず、ボーリングによって基礎岩盤から鉛直下方に向けて行うことが一般的である（例えば、特許文献２参照。）。
【０００３】
また、このようなグラウチング工では、ダムの基礎岩盤の改良状況を把握するため、セメントミルクの注入前に、数ｍの間隔で透水試験（ルジオンテスト）が行われている。ルジオンテストは、周知のとおり、ボーリング孔に高圧の水を注入し、その透水度により岩盤の透水性を評価するもので、ルジオン値という指標が使用される（例えば、特許文献１参照。）。このテストの結果は例えば図７に示すようなグラウチング施工結果図に表される。この場合、ルジオン値が点のデータとして表現されている。この図を用いて、改良目標値（例えば、２Ｌｕ）に照らし、施工が必要な部分と、施工が必要ない部分を確認している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−  ４０６５０
【特許文献２】特開２００５−３１９３９２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来のグラウチング工では、グラウトの注入孔をボーリングによって基礎岩盤から鉛直下方に向けて掘削するため、注入孔が基礎地盤内の水みちとなる割れ目と交差しないことがあり、この場合、セメントミルクが割れ目に充填されず、基礎岩盤を適切に改良できない、という問題がある。また、グラウチングの各施工段階でルジオンテストが行われていても、その結果のルジオン値を点のデータとして表現するだけでは、水みちが分かりにくく、水みちの評価、透水性の改良確認を確実に行うことができないために、グラウチングの追加対策に最適な位置を決定することが難しく、その結果、この追加対策が有効に実施されないと、未改良箇所にセメントミルクが注入されず水みちが残存する場合があるなど、所要の改良度が得られない、という問題がある。
【０００６】
本発明は、このような従来の問題を解決するものであり、ダムの基礎岩盤、トンネル周辺の岩盤などの岩盤構造物の遮水性及び力学的特性を改良するために行うグラウチング工において、岩盤中の水みちを形成する割れ目に最も交差するグラウト注入孔の削孔方向を評価することができ、また、グラウチングの施工段階での岩盤中の透水試験結果から、水みちの評価、施工の進捗に伴う透水特性の改良効果の確認、追加対策の必要な箇所の特定などをリアルタイムで確実に実施することができるなど、地質状況を考慮した合理的かつ効果的なグラウチング工を実現することのできるグラウチング工品質管理支援方法を提供すること、を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明のグラウチング工品質管理支援方法は、岩盤に当該岩盤内に存在する割れ目に向けて複数の注入孔を順次所定の間隔で掘削し、前記各注入孔を通じて割れ目にグラウトを圧入し充填する施工を前記各注入孔の間隔を徐々に狭めながら繰り返し行い、岩盤の遮水性や力学的特性を改良するグラウチング工において、前記複数の注入孔を掘削する前に、岩盤に分布される割れ目から、割れ目の走向、傾斜をもとに、卓越した割れ目系を確認し、当該割れ目系に対して、３次元的に任意の方向に掘削した単位長さ当たりの孔に交差する割れ目の数を求めて割れ目との交差頻度を算出し、その結果から、最も交差しやすい削孔方向を算定し、前記複数の注入孔を所定の間隔で掘削した最初の時点で、以後、前記複数の注入孔を前記各注入孔の間隔を変えて掘削した時点毎に、割れ目にグラウトを注入する前に、前記各注入孔について透水試験を行い、その結果を用いて地球統計学的解析を行うことにより、各時点での前記各注入孔間の透水性状を推定し、岩盤の改良状況を確認する、ことを要旨とする。
この場合、任意の方向に掘削した孔と割れ目との交差頻度をシュミットネットに表示して整理した節理密度ダイアグラムを作成し、前記節理密度ダイアグラムから最も交差しやすい削孔方向を算定することが好ましい。
また、この場合、岩盤の地質状況を表す地質図と岩盤中の各時点での注入孔間の透水性状を表すコンター図とを合わせて表示した各時点の透水性状マップを作成し、これら透水性状マップを用いて、岩盤の改良状況を確認することが好ましい。
【発明の効果】
【０００８】
本発明のグラウチング工品質管理支援方法によれば、ダムの基礎岩盤、トンネル周辺の岩盤などの岩盤構造物の遮水性及び力学的特性を改良するために行うグラウチング工において、グラウトの注入孔を掘削する前に、岩盤に分布される割れ目から割れ目の走向、傾斜をもとに卓越した割れ目系を確認し、当該割れ目系に対して、３次元的に任意の方向に掘削した単位長さ当たりの孔に交差する割れ目の数を求めて割れ目との交差頻度を算出し、その結果から、最も交差しやすい削孔方向を算定するようにしたので、岩盤中の水みちを形成する割れ目に最も交差するグラウトの注入孔の削孔方向を評価することができ、また、複数の注入孔を所定の間隔で掘削した最初の時点、以後、複数の注入孔を各注入孔の間隔を変えて掘削した時点毎に、割れ目にグラウトを注入する前に、各注入孔について透水試験を行い、その結果を用いて地球統計学的解析を行うことにより、各時点での注入孔間の透水性状を推定し、岩盤の改良状況を確認するので、グラウチングの施工段階で、水みちの評価、グラウチングの進捗に伴う透水特性の改良効果の確認、グラウチングの追加対策の必要な箇所の特定などをリアルタイムで確実に実施することができ、これにより、地質状況を考慮した合理的かつ効果的なグラウチング工を実現することができる、という格別な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施の形態におけるグラウチング工品質管理支援方法に用いる節理密度ダイアグラムを示す図
【図２】一般に行われる節理調査手法を模式的に示す図
【図３】同方法による最適な削孔方向の評価を検証するために実施した透水試験の結果（２つの削孔方向ごとのルジオン値の対数頻度分布）を示す図
【図４】同方法に用いる透水性状マップ（パイロット孔、１次孔データによる解析結果）を示す図
【図５】同方法に用いる透水性状マップ（２次孔データによる解析結果）を示す図
【図６】同方法に用いる透水性状マップ（３次孔データによる解析結果）を示す図
【図７】従来工法におけるグラウチング施工の結果を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次に、この発明を実施するための形態について説明する。
このグラウチング工品質管理支援方法は、ダムの基礎岩盤、トンネル周辺の岩盤などの岩盤に当該岩盤内に存在する割れ目に向けて複数の注入孔を順次所定の間隔で掘削し、各注入孔を通じて割れ目にグラウトを圧入し充填する施工を各注入孔の間隔を徐々に狭めながら繰り返し行い、岩盤の遮水性や力学的特性を改良するグラウチング工において、（１）グラウトの注入孔の最適な削孔方向の評価を行うために、複数の注入孔を掘削する前に、岩盤に分布される割れ目から、割れ目の走向、傾斜をもとに、卓越した割れ目系を確認し、当該割れ目系に対して、３次元的に任意の方向に掘削した単位長さ当たりの孔に交差する割れ目の数を求めて割れ目との交差頻度を算出し、その結果から、最も交差しやすい削孔方向を算定し、（２）地質状況を考慮した岩盤の透水性状の評価を行うために、複数の注入孔を所定の間隔で掘削した最初の時点で、以後、複数の注入孔を各注入孔の間隔を変えて掘削した時点毎に、割れ目にグラウトを注入する前に、各注入孔について透水試験を行い、その結果を用いて地球統計学的解析を行うことにより、各時点での各注入孔間の透水性状を推定し、岩盤の改良状況を確認するものである。
この場合、任意の方向に掘削した孔と割れ目との交差頻度を球面投影法を用いて、この場合、シュミットネットに表示して整理した節理密度ダイアグラム（図１参照）を作成し、この節理密度ダイアグラムから最も交差しやすい削孔方向を算定する。
また、この場合、岩盤の地質状況を表す地質図と岩盤中の各時点での注入孔間の透水性状を表すコンター図とを合わせて表示した各時点の透水性状マップ（図４、図５及び図６参照）を作成し、これら透水性状マップを用いて、岩盤の改良状況を確認する。
以下、ダム基礎岩盤で実施されるグラウチング工品質管理支援方法について詳しく述べる。
【００１１】
（１）最適な削孔方向の評価
ダム基礎岩盤として採用される事例の多い節理性岩盤における透水性は、節理面などの割れ目を通過する流れが岩質部を通過する流れに対して十分に卓越するため、その浸透流は節理系を主たる経路とすると考えられている。これらの割れ目にセメントミルクを注入し、基礎岩盤の遮水性及び力学的特性を改良することを目的として実施されるのがグラウチング工であり、その注入孔の設定方向が通常、鉛直下方に設定されることは既述のとおりである。これについて、「グラウチング技術指針・同解説」では、例えば連続性の良い高角度の割れ目が分布する場合などでは、割れ目と斜交するように注入孔を設定させた方が効果的な場合もあると記載されている。
これに対して、本願発明者らは、基礎岩盤において主要な水みちを形成する岩盤中の割れ目について、その走向、傾斜のデータをもとに、一般に複数存在する卓越した割れ目系に対して最も交差しやすいセメントミルク注入のためのボーリング孔の削孔方向を算定する節理密度ダイアグラムを用いた評価方法を開発した。
【００１２】
土木・岩盤構造物基礎岩盤の調査においては、地質構造の解明や岩盤性状の評価を目的として、掘削面および切羽などの地質観察やボアホールカメラの観察などにより、割れ目などの地質学的不連続面の方向性が検討される。測定された割れ目は、シュミットネットなどの球面投影法を用いて整理されるが、これらの手法は、方向性の定性的な評価に利用されるに留まっており、節理分布性状に起因する岩盤の異方性を考慮するまでには至っていない。
これに対して、本願発明者らは、この球面投影法を用いて節理分布を評価し、定量的に設計・施工に反映できる方法として、新しい図的解法を提案する。
この図的解法では、グラウチングの施工開始前に、最適な削孔方向を評価するために、事前の地質調査などで整理されている当該箇所の割れ目の分布状況より、３次元的に任意の方向に設定した単位長さ当たりの孔に交差する割れ目の数を算出し、その結果を図１に示す節理密度ダイアグラムとして整理する。
【００１３】
土木・岩盤構造物基礎岩盤の調査において、割れ目を観察する手法としては、図２に示すように、掘削面などの平面で割れ目を観察する方法と、調査線を設定しそれに交差する割れ目を観察する方法とに大別される。そして、この図２には、等間隔で分布する複数の割れ目系を記載しているが、図中の調査線の設定方向によってそれぞれの割れ目のサンプリング頻度が異なる。
このような偏向を補正するにあたっては、母数を推定する際に各節理を等質に取り扱うのではなく、それぞれの節理について抽出される確率を加重した統計計算により推定量を求め、これに実現値を代入することによって、不偏性・有効性を備えた推定値を求めればよい。
【数１】
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そして、上記した式で算出した任意の方向における節理密度をすべての方向において算出し、その結果を図１に示すようにシュミットネットに整理したのが節理密度ダイアグラムである。
なお、本システムは、施工現場における即時性のある対応を目的としていることから、表計算ソフトとして汎用性の高いマイクロソフト社製Ｅｘｅｌ２００７でプログラムを作成した。
【００１４】
本願発明者らは、この最適な削孔方向の評価について、ダムサイトにおいて具体的な検討を行った。
検討を実施したダムサイトの地質は、中生代白亜紀の花崗閃緑岩である。当ダムでは、調査横坑において測線を用いた割れ目調査が実施されており、測線長１，３６２ｍ区間で得られた２，３３７個の割れ目が得られている。その結果、ＮＥ−ＳＷ走向高角度系の割れ目が最も卓越しており、それと雁行するＥ−Ｗ走向高角度系及び概ねそれと直交するＮＮＷ−ＳＳＥ走向高角度系のものも比較的多く分布していることが判明した。
これに対して、既述の節理密度ダイアグラムを用いて、この２，３３７個の割れ目に対して、任意の方向に削孔した際に交差する割れ目の密度を算出した結果を図１に示す。これをみると、最も割れ目と交差しやすい方向はＮ２５Ｗ方向で南東に２０°傾斜させる方向（図１中、丸で囲む数字の１で示す。）であり、最も交差しにくい向きはＮ３０Ｗ方向で北西に６０°傾斜させる方向（図１中、丸で囲む数字の３で示す。）であることが分かる。なお、実際の不連続面密度値については、丸で囲む数字の１で示す方向が約１．０個／ｍに対して、通常のグラウチング施工で採用される丸で囲む数字の２で示す鉛直下方が０．８個／ｍ、最も交差しにくい丸で囲む数字の３で示す方向では約０．６個／ｍと、削孔方向により最大４割程度、割れ目の交差しやすさが異なることが判明した。
当ダムにおいては、上記した検討結果を検証する目的で、地質状況や割れ目の卓越傾向が同一の地点において、既往の鉛直下方に設定した孔と上記検討結果より鉛直下方から東側に６０°傾斜させた孔で透水試験を実施することにより、試験結果の差異を確認した。ここで、図３に２つの削孔方向ごとのルジオン値の対数頻度分布を示す。この図３は、透水試験結果について、１．ＣＨ級岩盤における結果、２．ＣＭ〜ＣＬ級岩盤における結果、そして、３．その両者を足し合わせた河床部全体の結果を示したものであるが、既往の施工事例の大半を占める鉛直孔よりも６０°傾斜孔の方でルジオン値の最小値、平均値、そして平均値−標準偏差値が大きくなっていることか分かる。これは、上述した検討結果に従って注入孔を傾斜させることにより、鉛直孔と比較してより多くの割れ目と交差し高透水を呈していることを示唆していると推察される。
【００１５】
このようにして、最適なグラウチング孔の設定を目的として、任意の削孔方向において交差する割れ目の密度を算出する節理密度ダイアグラムを開発した。また、その検討結果をもとに、実際のダム基礎岩盤において実データを用いて最適な削孔方向を算出し、削孔方向を傾斜させた上で、注入を実施したところ、従来工法の鉛直下方に設定した場合よりも明瞭な改良効果を確認できた。
【００１６】
（２）地質状況を考慮した岩盤の透水性状の評価
このグラウチング工では、注入孔の間隔を順次狭める中央内挿法によって施工が行われており、注入孔がパイロット孔、１次孔、２次孔、３次孔と次数が設けられて孔の間隔が順次狭められながら掘削される。このグラウチングの各施工段階で、セメントミルクの注入前に、透水試験が行われるが、その結果を従来工法のような点のデータとして表現するだけでは、地質状況を考慮した岩盤の透水性状を評価することが困難であることは既に述べた。
これに対して、本願発明者らは、このセメントミルク注入前の数ｍ間隔で実施される透水試験の結果を用いて岩盤の透水性状を評価し得る新たな図的解法を提案する。
この図的解法では、グラウチングの各施工段階での透水試験結果から地球統計学的解析手法を用いて、注入孔間の透水性状を推定し、これを透水性状コンター図として表示し、各施工段階で、この透水性状コンター図と地質状況を表す地質図とを合わせて表示する透水性状マップを作成し、この透水性状マップを用いて、初期状態における水みちの分布状況確認（図４）、施工の進捗に伴う透水性状の改良確認（図５）、残存する改良必要箇所の評価（図６）などを実施する。
なお、地球統計学は、１９５０年代に鉱物資源埋蔵量の算出法を改善する目的で開発され、その後、地球科学の様々な分野に応用されるようになり、今日では、空間的あるいは時間的に相関があるデータの定量的評価に広く適用される方法となっている。この地球統計学の具体的な適用例としては、サンプルデータから鉱床の品位分布を推定する事例などが知られているが、ダム現場や天然ガス地下備蓄基地における透水性状の分布状況を評価した事例もある。
【００１７】
本願発明者らは、この地質状況を考慮した岩盤の透水性状の評価について、ダムサイトにおいて具体的な検討を行った。
この場合、グラウチングの各施工段階での透水試験結果（図７参照）を用いて地球統計学的解析を実施し、透水特性の推定コンター図と地質状況を表す地質図とを合わせて表示する透水性状マップを作成する。
このグラウチング工では、注入孔がパイロット孔、１次孔、２次孔、３次孔と注入孔の間隔が順次狭められながら掘削される。まず、岩盤の初期状態における透水特性の分布状況を確認することを目的に、１２ｍ間隔で設定されるパイロット孔と６ｍ間隔で設定される１次孔のデータをもとに、地球統計学的解析を行い、図４に示すような岩盤の初期状態におけるルジオン値の透水性状マップを作成する。なお、図４中、暖色系の箇所（図中、右側の淡い黒で略円形に表された部分）は高透水部、寒色系の箇所（図中、下部側の濃い黒で略三角形に表された部分）は低透水部を示す。また、赤線（図中、左上から右下に向けて斜めの線）で、連続性のよい割れ目を示す。この図４により、透水性状の分布性状が割れ目の傾斜と調和していることが分かる。次に、施工の進捗に伴い、２次孔（３ｍ間隔）施工後の解析、３次孔（１．５ｍ）施工後の解析を同様にして行い、図５、図６に示すような岩盤の２次孔、３次孔におけるルジオン値の透水性状マップを作成する。図５により、暖色系で示した高透水部の透水性状がやや寒色系に変化していることが分かる。図６により、地山深部では寒色系の箇所が広がっており、透水性状の改良目標値（この場合、２Ｌｕ）以下の範囲が大半であることが分かる。これに対して、地表面付近においては、水色（図中の淡いグレー）を呈する改良目標値以上の箇所が分布しており、これらの箇所については、透水性状を改良目標値以下に改良する目的で、追加対策を講じる必要があることが分かる。このようにこれらの透水性状マップから、岩盤の遮水性が改善されていく状況を詳細に確認する。また、図６は規定施工完了後の透水特性を示すものであり、寒色系で示された改良範囲と着眼部付近や弱層沿いに暖色系で示された高透水の範囲とが明確に分かれており、これをもとに改良完了箇所の判定及び追加対策が必要な箇所の評価を実施することになる。
【００１８】
このようにして、グラウチングの各施工段階での岩盤の透水特性の分布状況を確認することを目的として、地質状況を考慮した岩盤の透水性状を判定する透水性状マップを開発した。また、その検討結果をもとに、実際のダム基礎岩盤の透水試験結果を用いた地球統計学的解析を実施し、透水性状マップを作成したところ、水みちの評価、改良効果の確認、追加対策箇所の検討などを確実に行え、漏水量の低減に寄与したことを確認した。
【００１９】
以上説明したように、このグラウチング工品質管理支援方法では、ダムの基礎岩盤の遮水性及び力学的特性を改良するために行うグラウチング工において、セメントミルクの注入孔を掘削する前に、岩盤において主要な水みちを形成する岩盤の割れ目について、その走向、傾斜のデータをもとに、複数存在する卓越した割れ目系を確認し、当該割れ目系に対して、３次元的に任意の方向に掘削した単位長さ当たりの孔に交差する割れ目の数を求めて割れ目との交差頻度を算出し、その結果から、最も交差しやすい削孔方向を算定するようにしたので、岩盤中の水みちを形成する割れ目に最も交差するグラウトの注入孔の削孔方向を評価することができ、このように最適な注入孔の削孔方向を設定できることで、より多くの割れ目を確実に改良することができる。また、複数の注入孔を所定の間隔で掘削した最初の時点、以後、複数の注入孔を各注入孔の間隔を変えて掘削した時点毎に、割れ目にセメントミルクを注入する前に、各注入孔について透水試験を行い、その結果を用いて地球統計学的解析を行うことにより、各時点での注入孔間の透水性状を推定し、岩盤の改良状況を確認するので、グラウチングの各施工段階で、岩盤についての水みちの評価、施工の進捗に伴う透水特性の改良効果の確認、追加対策の必要な箇所の特定などをリアルタイムで確実に実施することができ、このように水みちの分布性状を評価し、岩盤の改良完了箇所及び未改良箇所を特定できることで、遮水性の改良を適切に行うことができる。
よって、この方法によれば、地質状況を考慮した合理的かつ効果的なグラウチング工を実現することができる。
【００２０】
なお、上記の実施の形態では、ダムの基礎岩盤に関するグラウチング工品質管理支援方法について例示したが、トンネル周辺の岩盤などの岩盤構造物についても、この支援方法を概ね上記と同様に適用することで、上記と同様の作用効果を得ることができることは勿論である。
【図２】
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【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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